(57)【要約】【課題】酸化触媒装置での酸化触媒反応を一層活性化すると共にパティキュレートフィルタの連続再生を一層促進する。冬季などに白煙の排出を防ぐ。設計の困難性を少なくし、部品レイアウトの検討を容易にし、取り付け作業を簡単にする。【解決手段】酸化触媒装置３０の温度が所定温度以上で且つパティキュレートフィルタ２０における粒子状物質の捕集量が所定量以上のときにガス制御弁６０を開き、ガス貯蔵手段４０の液化石油ガスをガス供給管５０を介して排気通路１０における上記酸化触媒装置３０よりも排気上流側に供給するようにした内燃機関の排気浄化装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路に、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを設け、上記排気通路の上記パティキュレートフィルタよりも排気上流側に、排気ガスに含まれる物質の酸化を触媒反応により促進する酸化触媒装置を設けた内燃機関の排気浄化装置において、
液化石油ガスを溜めるガス貯蔵手段と、
このガス貯蔵手段を上記排気通路における上記酸化触媒装置よりも排気上流側に連通するガス供給管と、
このガス供給管に設けられたガス制御弁と、
上記パティキュレートフィルタの排気上流側の圧力、又は内燃機関の稼働時間から上記パティキュレートフィルタにおける粒子状物質の捕集量を検出する捕集状況検出手段と、
上記酸化触媒装置の温度を検出する触媒温度検出手段と、
上記捕集状況検出手段及び上記触媒温度検出手段の出力を受け、上記パティキュレートフィルタにおける粒子状物質の捕集量が所定量以上で且つ上記酸化触媒装置の温度が所定温度以上のときに上記ガス制御弁が開くように上記ガス制御弁を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。
【請求項２】
上記ガス貯蔵手段の周囲に、発熱する第１の熱源が設けられている請求項１の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項３】
上記ガス貯蔵手段と上記ガス制御弁との間の上記ガス供給管に、このガス供給管よりも通路断面積が大きな容積室が設けられ、この容積室の周囲に、発熱する第２の熱源が設けられている請求項１又は請求項２の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項４】
上記ガス貯蔵手段が、携帯用燃焼機器に組み付けられる専用容器を備えた使い捨てのカセットガスボンベであり、このガス貯蔵手段が上記ガス供給管にジョイントを介して脱着自在に接続されるように構成した請求項１ないし請求項３のうちいずれか１項の内燃機関の排気浄化装置。
【請求項５】
上記ガス貯蔵手段が、小分け配送されるプロパンガスボンベであり、このガス貯蔵手段が上記ガス供給管にジョイントを介して脱着自在に接続されるように構成した請求項１ないし請求項３のうちいずれか１項の内燃機関の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関で生成される排気ガスに含まれる粒子状物質（パティキュレートマターともいう）を低減するための排気浄化装置の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路に、排気ガスに含まれる主として黒煙（スス）などの粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを設け、上記排気通路の上記パティキュレートフィルタよりも排気上流側に、排気ガスに含まれる物質の酸化反応を促進する酸化触媒装置を設けた内燃機関の排気浄化装置が知られている（例えば特許文献１を参照）。このような排気浄化装置では、酸化触媒装置の酸化触媒反応により排気ガスに含まれる粒子状物質が酸化され、また排気ガスに含まれるＣＯ、ＨＣ、ＳＯＦなどの物質が酸化されてＣＯ2や水に変わり、この酸化反応によって排気ガスが加熱され、高温になった排気ガスがパティキュレートフィルタに流れ込むため、パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質の酸化が促進され、パティキュレートフィルタの目詰まりが抑制又は解消されてパティキュレートフィルタの連続再生が行われる。
【０００３】
非特許文献１には、排気通路の酸化触媒装置よりも排気上流側に、液体燃料を噴射するインジェクタを設けた排気浄化装置が提案されている。この排気浄化装置では、上記インジェクタから噴射された液体燃料が排気ガスに混入し、この液体燃料が酸化触媒装置における酸化触媒反応により酸化されるので、この酸化反応によって排気ガスがさらに加熱され、さらに高温になった排気ガスがパティキュレートフィルタに流れ込むことから、パティキュレートフィルタの連続再生が促進される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３２０８８０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】草鹿仁，「新しい”クリーン・ディーゼル・エンジン技術”」，社団法人  日本自動車工業会，２００８年３月号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献１の提案の場合、上記インジェクタから噴射された液体燃料を十分に気化させて排気ガス中に良好に拡散させることが難しいので、上記酸化触媒装置で酸化触媒反応により燃料が十分に酸化されず、パティキュレートフィルタの連続再生促進にさほど寄与しない。また、パティキュレートフィルタを通過した後の排気ガスの温度が低いと、冬季などには、軽油のＴＨＣなどのように燃料に含まれる高分子の成分が白煙となって排気通路から排出されるという不具合が生じる。
【０００７】
また、排気ガスに含まれる粒子状物質又はその他の物質がタール状になって上記インジェクタの噴口に付着し、噴口が詰まって液体燃料が良好に噴射しなくなるおそれがある。
【０００８】
さらに、精密部品であるインジェクタを高温に晒される排気通路の構成部材に取り付けるので、設計の困難性が予想される。特に、既に販売された内燃機関のように使用開始後の内燃機関に上記インジェクタを取り付ける場合、レイアウトを検討するときの困難性、取り付け作業の煩雑さが予想される。
【０００９】
また、このような酸化触媒装置における酸化触媒反応の活性化を定常的にではなく、パティキュレートフィルタの目詰まり状態に応じて適宜行うようにしたいという要請があり、また、排気浄化装置の構造の簡単化も切望されている。
【００１０】
本発明は、このような点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、排気通路の酸化触媒装置よりも排気上流側に液体燃料ではなく液化石油ガスを供給することにより、上述した問題を一挙に解決することができる内燃機関の排気浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明の第１の内燃機関の排気浄化装置は、内燃機関の排気通路に、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタを設け、上記排気通路の上記パティキュレートフィルタよりも排気上流側に、排気ガスに含まれる物質の酸化を触媒反応により促進する酸化触媒装置を設けた内燃機関の排気浄化装置において、
液化石油ガスを溜めるガス貯蔵手段と、
このガス貯蔵手段を上記排気通路における上記酸化触媒装置よりも排気上流側に連通するガス供給管と、
このガス供給管に設けられたガス制御弁と、
上記パティキュレートフィルタの排気上流側の圧力、又は内燃機関の稼働時間から上記パティキュレートフィルタにおける粒子状物質の捕集量を検出する捕集状況検出手段と、
上記酸化触媒装置の温度を検出する触媒温度検出手段と、
上記捕集状況検出手段及び上記触媒温度検出手段の出力を受け、上記パティキュレートフィルタにおける粒子状物質の捕集量が所定量以上で且つ上記酸化触媒装置の温度が所定温度以上のときに上記ガス制御弁が開くように上記ガス制御弁を制御する制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の排気浄化装置である。
【００１２】
排気通路を流れる排気ガスに含まれる粒子状物質はパティキュレートフィルタにより捕集される。そして、酸化触媒装置の酸化触媒反応により排気ガスに含まれる粒子状物質が酸化され、また排気ガスに含まれるＣＯ、ＨＣ、ＳＯＦなどの物質が酸化されてＣＯ2や水に変わり、この酸化反応によって排気ガスが加熱され、高温になった排気ガスがパティキュレートフィルタに流れ込むため、パティキュレートフィルタに捕集された粒子状物質の酸化が促進され、パティキュレートフィルタの目詰まりが抑制又は解消されてパティキュレートフィルタの連続再生が行われる。
【００１３】
そして、酸化触媒装置の温度が所定温度以上になって酸化触媒反応が活性化される状態になり、しかもパティキュレートフィルタにおける粒子状物質の捕集量が所定量以上になって目詰まり状態になると、制御手段の制御によってガス制御弁が開き、ガス貯蔵手段の液化石油ガスがガス供給管を介して上記排気通路における上記酸化触媒装置よりも排気上流側に供給される。そうすると、この液化石油ガスが排気ガスに混入し、この液化石油ガスが酸化触媒装置における酸化触媒反応により酸化されるので、この酸化反応によって排気ガスがさらに加熱され、さらに高温になった排気ガスがパティキュレートフィルタに流れ込むことから、パティキュレートフィルタの連続再生が促進される。
【００１４】
その場合、排気ガスに混入するのは霧化した液体燃料ではなく元々気体である液化石油ガスであるので、この液化石油ガスは排気ガス中に良好に拡散し、上記酸化触媒装置で酸化触媒反応により十分に酸化され、パティキュレートフィルタの連続再生促進に確実に寄与する。また、排気ガスに混入するのが液化石油ガスであれば、パティキュレートフィルタを通過した後の排気ガスの温度が低くても、冬季などに白煙が排気通路から排出されることはない。
【００１５】
また、非特許文献１で提案されたようなインジェクタを使用せず、排気通路の構成部材に接続されるのはガス供給管であるので、例え上記ガス供給管の接続口に排気ガスに含まれる粒子状物質又はその他の物質がタール状になって付着しても上記ガス供給管から排気通路への液化石油ガスの供給が不良になるおそれが少ない。
【００１６】
しかも、排気通路の構成部材に接続される部材はガス供給管であり、このガス供給管を排気通路に連通するように接続すれば十分であるので、非特許文献１の技術のように排気通路にインジェクタを設ける場合に較べると設計の困難性が少なく、使用開始後の内燃機関に上記ガス供給管を取り付ける場合であっても部品レイアウトの検討が容易であり、取り付け作業も簡単である。
【００１７】
本発明の第２の内燃機関の排気浄化装置は、上記第１の内燃機関の排気浄化装置において、上記ガス貯蔵手段の周囲に、発熱する第１の熱源が設けられている。
【００１８】
液化石油ガスが気化するときの膨張によってガス貯蔵手段に溜まる液化石油ガスが冷却され、それによって液化石油ガスが円滑に気化することが妨げられるおそれがある。しかし、このように構成すれば、第１の熱源によってガス貯蔵手段が加熱されるので、ガス貯蔵手段に溜まる液化石油ガスの冷却が緩和され又は防止されることから、液化石油ガスが円滑に気化する。
【００１９】
本発明の第３の内燃機関の排気浄化装置は、上記第１又は第２の内燃機関の排気浄化装置において、上記ガス貯蔵手段と上記ガス制御弁との間の上記ガス供給管に、このガス供給管よりも通路断面積が大きな容積室が設けられ、この容積室の周囲に、発熱する第２の熱源が設けられている。
【００２０】
ガス貯蔵手段からガス供給管に出た液化石油ガスは気液二相流であることがあるが、このように構成すれば、容積室に入って膨張することで気化が促進される。その場合、第２の熱源によって容積室が加熱されるので、容積室を通る液化石油ガスの冷却が緩和され又は防止されることから、液化石油ガスの液相が円滑に気化する。
【００２１】
本発明の第４の内燃機関の排気浄化装置は、上記第１ないし第３のうちいずれか一つの内燃機関の排気浄化装置において、上記ガス貯蔵手段が、携帯用燃焼機器に組み付けられる専用容器を備えた使い捨てのカセットガスボンベであり、このガス貯蔵手段が上記ガス供給管にジョイントを介して脱着自在に接続されるように構成している。
【００２２】
このようにすれば、必要に応じてカセットガスボンベよりなるガス貯蔵手段を上記ガス供給管にジョイントを介して接続すれば、酸化触媒装置における酸化触媒反応の活性化を行うことができる。したがって、例えば、上記パティキュレートフィルタにおける粒子状物質の捕集量が設定値を超えたときにカセットガスボンベよりなるガス貯蔵手段を接続してパティキュレートフィルタの連続再生を促進することができる。しかも、排気浄化装置の構造の簡単化も実現する。
【００２３】
本発明の第５の内燃機関の排気浄化装置は、上記第１ないし第３のうちいずれか一つの内燃機関の排気浄化装置において、上記ガス貯蔵手段が、小分け配送されるプロパンガスボンベであり、このガス貯蔵手段が上記ガス供給管にジョイントを介して脱着自在に接続されるように構成している。
【００２４】
このようにすれば、液化石油ガスの貯蔵規模が異なるが上記第４の内燃機関の排気浄化装置と同様の作用が奏される。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の第１の内燃機関の排気浄化装置は、上記酸化触媒装置の温度が所定温度以上で且つ上記パティキュレートフィルタにおける粒子状物質の捕集量が所定量以上のときに上記ガス制御弁を開き、ガス貯蔵手段の液化石油ガスをガス供給管を介して上記排気通路における上記酸化触媒装置よりも排気上流側に供給するので、パティキュレートフィルタ及び酸化触媒装置により排気を浄化することができ、さらに液体燃料を供給する場合に較べて酸化触媒装置での酸化触媒反応を一層活性化すると共にパティキュレートフィルタの連続再生を一層促進することができ、しかも、パティキュレートフィルタを通過した後の排気ガスの温度が低くても、冬季などに白煙の排出を防ぐことができる。したがって、コモンレール噴射システムを利用して膨張行程などに燃料を噴射させるポスト噴射などの排気ガス温度を上げる手段を採用することなくパティキュレートフィルタの連続再生等を促進することが可能となるから、そうした手段を用いないときにはコスト低減などが進むことになり、好ましい。また、インジェクタにより排気通路に液体燃料を供給する場合に較べるとガス供給管の詰まりが発生しにくいので、排気通路への液化石油ガスの供給を安定的に行うことができる。さらに、排気通路にインジェクタを設ける場合に較べると設計の困難性が少なく、使用開始後の内燃機関に上記ガス供給管を取り付ける場合であっても部品レイアウトの検討が容易であり、取り付け作業も簡単である。
【００２６】
本発明の第２の内燃機関の排気浄化装置は、上記ガス貯蔵手段の周囲に第１の熱源を設けたので、上記第１の内燃機関の排気浄化装置により得られる効果が得られることに加え、さらに、ガス貯蔵手段に溜まる液化石油ガスの冷却を緩和し又は防止するので、液化石油ガスを円滑に気化させることができる。
【００２７】
本発明の第３の内燃機関の排気浄化装置は、上記ガス貯蔵手段と上記ガス制御弁との間の上記ガス供給管に容積室を設け、この容積室の周囲に第２の熱源を設けたので、上記第１又は第２の内燃機関の排気浄化装置により得られる効果が得られることに加え、さらに、膨張により液化石油ガスの気化を促進し、液化石油ガスの冷却を緩和し又は防止して、液化石油ガスの液相を円滑に気化させることができる。
【００２８】
本発明の第４の内燃機関の排気浄化装置は、上記ガス貯蔵手段をカセットガスボンベとし、このカセットガスボンベを上記ガス供給管にジョイントを介して脱着自在に接続するように構成したので、上記第１ないし第３のうちいずれか一つの内燃機関の排気浄化装置により得られる効果が得られることに加え、さらに、必要に応じてカセットガスボンベを上記ガス供給管にジョイントを介して接続すれば、酸化触媒装置における酸化触媒反応の活性化を行うことができ、しかも排気浄化装置の構造の簡単化も実現する。
【００２９】
本発明の第５の内燃機関の排気浄化装置は、上記ガス貯蔵手段をプロパンガスボンベとし、このプロパンガスボンベを上記ガス供給管にジョイントを介して脱着自在に接続するように構成したので、上記第４の内燃機関の排気浄化装置と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置を示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る内燃機関の排気浄化装置の制御装置の作動を説明するフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１は本発明の第１の内燃機関の排気浄化装置の実施形態を示す。この実施形態の内燃機関は、往復ピストン機構を備えた公知のディーゼルエンジンである。この内燃機関は、シリンダと、このシリンダに摺動可能に嵌挿されたピストンとを備えており、上記シリンダにおけるピストンの頂面側には燃焼室が形成されている。上記内燃機関には、一端が上記燃焼室に接続され、他端が大気に開放されて、当該燃焼室に新気を供給する吸気通路が設けられている。また、上記内燃機関には、一端が上記燃焼室に接続され、他端が大気に開放されて、当該燃焼室から排出される排気ガスを外部へ導出する排気通路１０が設けられている。上記排気通路１０は、シリンダに近い側から排気マニフォールド、排気管などの複数の排気通路部材の内部通路により一連に構成されている。このような構成の内燃機関によって本発明の対象とする内燃機関が限定解釈されることはない。本発明の対象とする内燃機関には、例えばロータリーエンジンが含まれ、また例えばシリンダ内に直接に燃料が噴射されるようにしたガソリンエンジンも含まれる。本発明の対象とする内燃機関には、自動車又はその他の輸送用機器に搭載される内燃機関も、発電装置駆動用の内燃機関で例示されるような敷地に定置した内燃機関も含まれる。
【００３２】
上記排気通路１０には、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するパティキュレートフィルタ２０が設けられている。この実施形態のパティキュレートフィルタ２０は、いわゆる目封じタイプである。このパティキュレートフィルタ２０は、セラミックで構成され、隔壁で区画された複数のセルを有する、いわゆるハニカム体であって、ハニカムを１セルずつ交互にその端を塞いだものであり、排気ガスが壁を通過するときに粒子状物質を捕集する。上記パティキュレートフィルタ２０の一方の端面では各セルの端面がシール材によって交互に市松模様状に塞がれており、他方の端面では、上記一方の端面で塞がれたセルは開口し、上記一方の端面で開口していたセルはシール材によって塞がれた構造をしている。そして、一方の端面が上記パティキュレートフィルタ２０の導入口に連通し、他方の端面が上記パティキュレートフィルタ２０の導出口に連通している。パティキュレートフィルタとしては、他にも例えば多孔体タイプ、繊維タイプなどがあり、これらは、例えば金属等の材料で構成され、排気が多孔体又は繊維の構成体に衝突することで粒子状物質を捕集するように構成されている。しかし、本発明のパティキュレートフィルタの構造は、この実施形態によって限定解釈されるものではなく、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集する機能を発揮するものであればよい。上記パティキュレートフィルタ２０は、排気通路構成部材、つまり上記排気通路１０を構成する部材である筒状部材の内部通路に収容されて、その排気通路構成部材保持されている。しかし、パティキュレートフィルタを排気通路構成部材に対して脱着可能に設け、目詰まりしたパティキュレートフィルタを新品又は再生済みのものに交換できるようにしてもよい。
【００３３】
また、上記排気通路１０における上記パティキュレートフィルタ２０よりも排気上流側には、排気ガスに含まれる物質の酸化を触媒反応により促進する酸化触媒装置３０が設けられている。この実施形態の酸化触媒装置３０は、ディーゼル用酸化触媒（ＤＯＣ）である。この酸化触媒装置３０は、排気ガスの導入口と導出口が設けられたケーシングと、このケーシングの内部に設けられた酸化触媒とを備え、上記ケーシングの上記導入口が上記酸化触媒装置３０の上流側の排気通路１０に接続され、上記導出口が上記酸化触媒装置３０の下流側の排気通路１０に接続されている。触媒の材質は白金（Ｐｔ）であるが、酸化触媒の機能を発揮するのであれば他の材質であってもよい。上流側の排気通路１０からの排気ガスが上記導入口からケーシングの内部に入ると、上記触媒の酸化触媒反応により、排気ガスに含まれる粒子状物質が酸化され、また排気ガスに含まれるＣＯ、ＨＣ、ＳＯＦなどの物質が酸化されてＣＯ2や水に変わる。そして、この酸化反応によって排気ガスが加熱されて高温になる。本発明の酸化触媒装置は、この実施形態によって限定解釈されるものではなく、排気ガスに含まれる物質の酸化を触媒反応により促進する機能を発揮するものであればよい。
【００３４】
上記排気浄化装置は、液化石油ガスを溜めるガス貯蔵手段４０を備えている。この実施形態のガス貯蔵手段４０は、カセットガスボンベである。このカセットガスボンベは、カセットコンロなどと呼ばれる携帯用燃焼機器に組み付けられる使い捨てのボンベであり、専用容器を備えている。このカセットガスボンベの内部に充填されて溜められた液化石油ガスは液化ブタンであるが、カセットガスボンベの液化石油ガスは、これに限定されない。このカセットガスボンベは、例えば直径が約７０ｍｍで高さが約２００ｍｍで、内部に約２２０〜２３０ｇの液化ブタンが充填されているが、カセットガスボンベの寸法、内容量は、これに限定されない。このカセットガスボンベは、そのガス出口において後述するガス供給管５０にジョイントを介して脱着自在に接続されるように構成している。このジョイントは、カセットガスボンベを取り外したときに内部のガス通路を自動的に閉じるように構成されたものが好ましい。上記ガス貯蔵手段の他の実施形態として、例えば、家庭等に小分け配送されてコンロ等に接続されるプロパンガスボンベが挙げられる。このプロパンガスボンベの内部に充填されて溜められた液化石油ガスは液化プロパンである。このプロパンガスボンベは、中型で内容量が４０ないし４７リットルで、内部に液化プロパンが充填されているが、プロパンガスボンベの寸法、内容量は、これに限定されない。このプロパンガスボンベは、そのガス出口において上記ガス供給管にジョイントを介して脱着自在に接続されるように構成している。このジョイントは、プロパンガスボンベを取り外したときに自動的に内部のガス通路を閉じるように構成されたものが好ましい。通常、このプロパンガスボンベのガス出口の付近には、開度が調節できる汎用の圧力調整弁（レギュレータ）が設けられているが、この汎用圧力調整弁は、所定の圧力範囲で調整できる専用の圧力調整弁に交換されて本発明の排気浄化装置への最適化を図っている。しかし、本発明のガス貯蔵手段は、これらの実施形態によって限定解釈されるものではなく、液化石油ガスを溜める機能を発揮するものであればよく、また溜める燃料も液化ブタンやプロパン以外の液化石油ガスであってもよい。また、本発明のガス貯蔵手段は、交換可能に設けられなくてもよく、据え付けされて適宜外部から燃料が充填されるように構成されていてもよく、そのときには上記ガス供給管にジョイントを介して脱着自在に接続されるように構成する必要はない。
【００３５】
上記排気浄化装置は、上記ガス貯蔵手段４０を上記排気通路１０における上記酸化触媒装置３０よりも排気上流側に連通するガス供給管５０を備えている。このガス供給管５０の一端は上記ガス貯蔵手段４０のガス出口に接続されており、上記ガス供給管５０の他端は上記排気通路１０における上記酸化触媒装置３０よりも排気上流側に接続されている。
【００３６】
上記ガス供給管５０には、ガス制御弁６０が設けられている。このガス制御弁６０は電磁弁であり、通常は閉じていて、ＯＮの電気信号を受けると電源回路に導通して開作動するが、通常は開いていて、ＯＦＦの電気信号を受けると閉作動するようにしてもよい。さらに開度が調節できるようにしてもよい。
【００３７】
上記排気浄化装置は、上記パティキュレートフィルタ２０の排気上流側の圧力から上記パティキュレートフィルタ２０における粒子状物質の捕集量を検出する捕集状況検出手段７０を備えている。上記パティキュレートフィルタ２０における粒子状物質の捕集量が増加すると上記パティキュレートフィルタ２０における圧力損失が増加するので、上記パティキュレートフィルタ２０の排気上流側の圧力（Ｐｅ）が上昇することから、上記圧力（Ｐｅ）により粒子状物質の捕集量を検出することができる。この捕集状況検出手段７０は半導体の圧力センサであるが、圧力を検出できるのであれば他の手段を用いてもよい。上記捕集状況検出手段７０は上記パティキュレートフィルタ２０の排気上流側の排気通路１０に設ければよいが、ここではさらに上記酸化触媒装置３０の排気上流側の排気通路１０に設けている。上記捕集状況検出手段の変形例として、内燃機関の稼働時間から上記パティキュレートフィルタにおける粒子状物質の捕集量を検出するようにしてもよい。内燃機関の稼働時間が増加すると、それに応じて上記パティキュレートフィルタにおける粒子状物質の捕集量が増加することから、上記稼働時間により粒子状物質の捕集量を検出することができる。
【００３８】
上記排気浄化装置は、上記酸化触媒装置３０の温度を検出する触媒温度検出手段８０を備えている。この実施形態では、上記触媒温度検出手段８０により、上記排気通路１０における上記酸化触媒装置３０の入口に相当する部位、つまり上記酸化触媒装置３０の直ぐ排気上流側の部位の温度（Ｔｅ）を検出している。この触媒温度検出手段８０は熱電対であり、その温接点が、上記排気通路１０における上記酸化触媒装置３０の直ぐ排気上流側の部位に設けられている。触媒温度検出手段として熱電対以外の温度検出手段を用いてもよいし、温度を検出する部位を上記排気通路１０における酸化触媒装置の内部又は出口に相当する部位に設けてもよい。
【００３９】
この実施形態では、上記排気通路１０における上記酸化触媒装置３０の出口に相当する部位、つまり上記酸化触媒装置３０の直ぐ排気下流側で且つ上記パティキュレートフィルタ２０の排気上流側の部位に触媒出口温度検出手段９０を設けている。この触媒出口温度検出手段９０は熱電対であり、その温接点が、上記排気通路１０における上記酸化触媒装置３０の直ぐ排気下流側の部位に設けられている。また、上記排気通路１０における上記パティキュレートフィルタ２０の出口に相当する部位、つまり上記パティキュレートフィルタ２０の直ぐ排気下流側の部位にフィルタ出口温度検出手段１００を設けている。このフィルタ出口温度検出手段１００は熱電対であり、その温接点が、上記排気通路１０における上記パティキュレートフィルタ２０の直ぐ排気下流側の部位に設けられている。しかし、本発明の排気浄化装置には上記触媒出口温度検出手段を設けない実施形態も、上記フィルタ出口温度検出手段を設けない実施形態も含まれる。
【００４０】
上記排気浄化装置は、制御手段１１０を備えている。この制御手段１１０は電子制御回路ユニットであるが、これに代えてコンピュータなどを用いてもよい。この制御手段１１０には上記捕集状況検出手段７０からの電気信号と上記触媒温度検出手段８０からの電気信号が入っており、この制御手段１１０から上記ガス制御弁６０へ電気信号が送られる。そして、上記制御手段１１０は、上記パティキュレートフィルタ２０における粒子状物質の捕集量が所定量以上で且つ上記酸化触媒装置３０の温度が所定温度以上のときに上記ガス制御弁６０が開くように上記ガス制御弁６０を制御している。上記パティキュレートフィルタ２０における粒子状物質の捕集量が所定量のときとは、上記パティキュレートフィルタ２０における粒子状物質の捕集量が増加して上記パティキュレートフィルタ２０における圧力損失が増加し、上記パティキュレートフィルタ２０の排気上流側の圧力（Ｐｅ）が所定圧力（Ｐｅｏ）に至ったときであり、先に説明した変形例の場合では内燃機関の稼働時間が増加して所定時間が経過したときである。上記酸化触媒装置３０の温度が所定温度以上のときとは、上記排気通路１０における上記酸化触媒装置３０の入口に相当する部位の温度（Ｔｅ）が酸化触媒装置の活性化する温度である所定温度（Ｔｅｏ）以上になったときであり、この（Ｔｅｏ）は、例えば２５０℃であるが、これはあくまで例示であり、本発明の所定温度がこれによって限定解釈されることはない。
【００４１】
上記制御手段１１０の制御内容を図２により説明する。スタート後、まず、ステップ（Ｓ1）で上記パティキュレートフィルタ２０の排気上流側の圧力Ｐｅが所定圧力（Ｐｅｏ）以上であるか否かを比較する。（Ｐｅ）が（Ｐｅｏ）未満である（ＮＯ）のときはステップ（Ｓ5）へ進み、上記ガス制御弁６０が開いているときはそれを閉じてからステップ（Ｓ1）へ戻って判断を繰り返す。一方、（Ｐｅ）が（Ｐｅｏ）以上である（ＹＥＳ）のときは次のステップ（Ｓ2）へ進む。そして、ステップ（Ｓ2）で上記酸化触媒装置３０の温度（Ｔｅ）が所定温度（Ｔｅｏ）以上であるか否かを比較する。（Ｔｅ）が（Ｔｅｏ）未満である（ＮＯ）のときはステップ（Ｓ5）へ進み、上記ガス制御弁６０が開いているときはそれを閉じてからステップ（Ｓ1）へ戻って判断を繰り返す。一方、（Ｔｅ）が（Ｔｅｏ）以上である（ＹＥＳ）のときは次のステップ（Ｓ3）へ進む。そして、ステップ（Ｓ3）で上記ガス制御弁６０を開き、次のステップ（Ｓ4）で内燃機関が稼働中であるか否かを判断し、稼働中である（ＹＥＳ）のときはステップ（Ｓ1）へ戻り、内燃機関が停止している（ＮＯ）のときは終了する。
【００４２】
上記制御手段１１０には上記触媒出口温度検出手段９０からの電気信号と上記フィルタ出口温度検出手段１００からの電気信号も入っている。そして、これらの電気信号から上記酸化触媒装置３０の出口に相当する部位の温度と上記パティキュレートフィルタ２０の出口に相当する部位の温度が割り出され、いずれかの温度が上記パティキュレートフィルタ２０が受け得る熱負荷の限界を示す上限温度を超えるとインジケータが点灯して警告するようにしている。しかし、本発明の排気浄化装置には、このような警告に係る制御部分を設けない実施形態も含まれる。
【００４３】
上記ガス貯蔵手段４０の周囲には、発熱する第１の熱源１２０が設けられている。この第１の熱源１２０は電気ヒータであり、ＯＮの電気信号を受けると電源回路に導通して発熱するが、例えば、内燃機関の冷却水との熱交換により加熱する、排気通路を構成する部材を介して排気ガスと熱交換することで排気熱により加熱するなど、他の原理の加熱手段にしてもよい。
【００４４】
上記ガス貯蔵手段４０と上記ガス制御弁６０との間の上記ガス供給管５０には、このガス供給管５０よりも通路断面積が大きな容積室１３０が設けられている。この容積室１３０は上記ガス供給管５０か流れ込む液化石油ガスを通路面積の増大によって膨張させる機能を発揮する。そして、この容積室１３０の周囲には、発熱する第２の熱源１４０が設けられている。この第２の熱源１４０は電気ヒータであり、ＯＮの電気信号を受けると電源回路に導通して発熱するが、例えば、内燃機関の冷却水との熱交換により加熱する、排気通路を構成する部材を介して排気ガスと熱交換することで排気熱により加熱するなど、他の原理の加熱手段にしてもよい。
【００４５】
上記制御手段１１０から上記第１の熱源１２０及び上記第２の熱源１４０へそれぞれ電気信号が送られる。そして、上記制御手段１１０は、上記ガス制御弁６０にＯＮ信号を送っていて上記ガス制御弁６０が開いているときに上記第１の熱源１２０及び上記第２の熱源１４０へＯＮ信号を送って発熱させるように上記第１の熱源１２０及び上記第２の熱源１４０を制御している。しかし、上記第１の熱源又は上記第２の熱源へＯＮ信号を送るタイミングを上記ガス制御弁の開作動時とは無関係に設定してもよい。また、本発明の排気浄化装置には、このような上記第１の熱源及び上記第２の熱源に係る制御部分を設けない実施形態も含まれる。
【００４６】
従って、上記排気浄化装置の実施形態においては、排気通路１０を流れる排気ガスに含まれる粒子状物質はパティキュレートフィルタ２０により捕集される。そして、酸化触媒装置３０の酸化触媒反応により排気ガスに含まれる粒子状物質が酸化され、また排気ガスに含まれるＣＯ、ＨＣ、ＳＯＦなどの物質が酸化されてＣＯ2や水に変わり、この酸化反応によって排気ガスが加熱され、高温になった排気ガスがパティキュレートフィルタ２０に流れ込むため、パティキュレートフィルタ２０に捕集された粒子状物質の酸化が促進され、パティキュレートフィルタ２０の目詰まりが抑制又は解消されてパティキュレートフィルタ２０の連続再生が行われる。
【００４７】
そして、酸化触媒装置３０の温度が所定温度以上になって酸化触媒反応が活性化される状態になり、しかもパティキュレートフィルタ２０における粒子状物質の捕集量が所定量以上になって目詰まり状態になると、制御手段１１０の制御によってガス制御弁６０が開き、ガス貯蔵手段４０の液化石油ガスがガス供給管５０を介して上記排気通路１０における上記酸化触媒装置３０よりも排気上流側に供給される。そうすると、この液化石油ガスが排気ガスに混入し、この液化石油ガスが酸化触媒装置３０における酸化触媒反応により酸化されるので、この酸化反応によって排気ガスがさらに加熱され、さらに高温になった排気ガスがパティキュレートフィルタ２０に流れ込むことから、パティキュレートフィルタ２０の連続再生が促進される。
【００４８】
その場合、排気ガスに混入するのは霧化した液体燃料ではなく元々気体である液化石油ガスであるので、この液化石油ガスは排気ガス中に良好に拡散し、上記酸化触媒装置３０で酸化触媒反応により十分に酸化され、パティキュレートフィルタ２０の連続再生促進に確実に寄与する。また、排気ガスに混入するのが液化石油ガスであれば、パティキュレートフィルタ２０を通過した後の排気ガスの温度が低くても、冬季などに白煙が排気通路１０から排出されることはない。したがって、コモンレール噴射システムを利用して膨張行程などに燃料を噴射させるポスト噴射などの排気ガス温度を上げる手段を採用することなくパティキュレートフィルタの連続再生等を促進することが可能となるから、そうした手段を用いないときにはコスト低減などが進むことになり、好ましい。
【００４９】
また、非特許文献１で提案されたようなインジェクタを使用せず、排気通路１０の構成部材に接続されるのはガス供給管５０であるので、例え上記ガス供給管５０の接続口に排気ガスに含まれる粒子状物質又はその他の物質がタール状になって付着しても上記ガス供給管５０から排気通路１０への液化石油ガスの供給が不良になるおそれが少ない。よって、排気通路１０への液化石油ガスの供給を安定的に行うことができる。
【００５０】
しかも、排気通路１０の構成部材に接続される部材はガス供給管５０であり、このガス供給管５０を排気通路１０に連通するように接続すれば十分であるので、非特許文献１の技術のように排気通路にインジェクタを設ける場合に較べると設計の困難性が少なく、使用開始後の内燃機関に上記ガス供給管５０を取り付ける場合であっても部品レイアウトの検討が容易であり、取り付け作業も簡単である。
【００５１】
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、第１の熱源を設けていない実施形態を含む。そのような種々の実施形態のなかで、上記実施形態の排気浄化装置は、上記ガス貯蔵手段４０の周囲に、発熱する第１の熱源１２０を設けている。液化石油ガスが気化するときの膨張によってガス貯蔵手段４０に溜まる液化石油ガスが冷却され、それによって液化石油ガスが円滑に気化することが妨げられるおそれがある。しかし、このように構成すれば、第１の熱源１２０によってガス貯蔵手段４０が加熱されるので、ガス貯蔵手段４０に溜まる液化石油ガスの冷却が緩和され又は防止されることから、液化石油ガスが円滑に気化する。
【００５２】
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、容積室又は第２の熱源を設けていない実施形態を含む。そのような種々の実施形態のなかで、上記実施形態の排気浄化装置は、上記ガス貯蔵手段４０と上記ガス制御弁６０との間の上記ガス供給管５０に、このガス供給管５０よりも通路断面積が大きな容積室１３０を設け、この容積室１３０の周囲に、発熱する第２の熱源１４０を設けた。ガス貯蔵手段４０からガス供給管５０に出た液化石油ガスは気液二相流であることがあるが、このように構成すれば、容積室１３０に入って膨張することで気化が促進される。その場合、第２の熱源１４０によって容積室１３０が加熱されるので、容積室１３０を通る液化石油ガスの冷却が緩和され又は防止されることから、液化石油ガスの液相が円滑に気化する。
【００５３】
本発明の内燃機関の排気浄化装置におけるガス貯蔵手段は、その形状、構造、大きさなどを限定しないし、専用品であっても汎用品であってもよい。そのような種々の実施形態のなかで、上記実施形態の排気浄化装置は、上記ガス貯蔵手段４０を、携帯用燃焼機器に組み付けられる専用容器を備えた使い捨てのカセットガスボンベとし、このガス貯蔵手段４０を上記ガス供給管５０にジョイントを介して脱着自在に接続するように構成した。このようにすれば、必要に応じてカセットガスボンベよりなるガス貯蔵手段４０を上記ガス供給管５０にジョイントを介して接続すれば、酸化触媒装置３０における酸化触媒反応の活性化を行うことができる。したがって、例えば、上記パティキュレートフィルタ２０における粒子状物質の捕集量が設定値を超えたときにカセットガスボンベよりなるガス貯蔵手段４０を接続してパティキュレートフィルタ２０の連続再生を促進することができる。しかも、排気浄化装置の構造の簡単化も実現する。また、上記ガス貯蔵手段４０を、小分け配送されるプロパンガスボンベとし、このガス貯蔵手段４０を上記ガス供給管５０にジョイントを介して脱着自在に接続するように構成したときも、上記カセットボンベとしたときと同様の作用が奏される。
【００５４】
本発明の内燃機関の排気浄化装置は、以上の実施形態の特徴を組み合わせた実施形態を含んでいる。さらに、以上の実施形態は本発明の内燃機関の排気浄化装置のいくつかの例を示したに過ぎない。したがって、これらの実施形態の記載によって本発明の内燃機関の排気浄化装置が限定解釈されることはない。
【符号の説明】
【００５５】
１０  排気通路
２０  パティキュレートフィルタ
３０  酸化触媒装置
４０  ガス貯蔵手段
５０  ガス供給管
６０  ガス制御弁
７０  捕集状況検出手段
８０  触媒温度検出手段
１１０  制御手段
１２０  第１の熱源
１３０  容積室
１４０  第２の熱源
【図１】
2010190160.tif 000003
【図２】
2010190160.tif 000004